偷你营养怎么了，遗传物质我都拿了

“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”是一句众所周知的谚语，生动地说明了自然界的遗传现象。通过繁殖过程，后代可以获得与其父母相同的遗传物质，即DNA(一些病毒是RNA，DNA片段是基因)。然而，随着科学研究的深入，越来越多的基因传递方式被逐渐揭示出来，人们发现生殖并不是生物体遗传物质的唯一来源。除了繁殖，外源基因也可以通过“转移”直接整合到生物体中。

“转基因”现象实际上在自然界非常普遍。

基因转移首先在原核生物中发现。然而，随着研究的深入，人们认识到基因转移也存在于真核生物之间，而直接基因转移一般存在于寄生虫和宿主之间。例如，在间日疟原虫中发现了人类基因，在人类中也发现了克氏锥虫基因。自然界中有许多带有基因转移的生物体。

宿主和寄生物之间的基因转移，来源:作者自制

微生物和高等动物之间的基因转移并不令人惊讶。毕竟，微生物寄生在高等动物中，两者关系相对密切。然而，没有神经系统，基因转移甚至存在于不能在危险中移动的植物之间。这是怎么发生的？接下来，我们将从以下几个方面介绍植物中的基因转移现象:基因转移的过程、基因转移发生的地点以及基因转移对植物生长的利弊。

基因如何在植物之间转移？

植物间的基因转移有很多方式。间接基因转移由花粉、真菌、细菌、病毒、转座子和昆虫介导，而直接基因转移也可以通过共生、病原体入侵、嫁接和寄生进行。其中，植物间的基因转移在嫁接和寄生中更为常见。这里我们将主要讨论嫁接和寄生过程中的基因转移。

嫁接是一种有几千年历史的人工繁殖方法。不同的接穗可以嫁接到不同的砧木上，以获得优异的性能，如抗寒性或抗虫性。在接穗和砧木紧密连接的伤口处，可以形成相对脆弱的薄壁细胞，这是植物试图修复伤口时产生的一种愈伤组织。不同来源的DNA或RNA可以通过这些脆弱的细胞进入其他植物。此外，它还可以通过细胞间形成的细胞间细丝(在正常情况下，细胞间细丝非常窄，大分子如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)难以通过，并且当受到刺激时，间隔增加，脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(核糖核酸)可以顺利通过)或囊泡运输过程相互进入。目前，研究认为这种类型的基因转移仅限于愈伤组织细胞，但这些基因是否被表达，表达能持续多久，以及它们是否能整合到基因组中仍有待研究。

嫁接是获得优良作物品种的常用方法。来源:作者如图所示。

除了通过嫁接进行种内基因转移外，物种间的基因转移也非常普遍。根据获取养分的方式，植物可分为两种类型:自养型和异养型。自养型是指通过植物叶片中的叶绿素将光合产物转化为用于自身生长的有机物质。异养植物主要指各种不能进行光合作用的寄生植物。它们必须寄生在其他植物上，吸收水分和营养才能生存。植物种间基因转移主要发生在寄生植物和寄主之间。有成千上万的寄生植物，其中我们熟悉的有菟丝子、烈当和独角兽等。下图显示了一些。

部分寄生植物示意图，来源:作者自制

以菟丝子为例。在菟丝子识别出宿主植物分泌的物质后，菟丝子会形成吸器并附着在宿主植物的表面。此时，菟丝子在吸附位置分泌降解酶降解植物细胞，帮助吸器缓慢深入，最终到达植物维管组织并与之紧密相连。菟丝子可以通过吸器吸收蛋白质、次生代谢物、核糖核酸和脱氧核糖核酸等生物大分子，也可以通过细胞间连接丝吸收宿主大分子，如下图所示。

菟丝子通过吸器吸收养分示意图，来源:自制

与蛋白质和次生代谢物相比，吸收的核糖核酸和脱氧核糖核酸在一定程度上可以转移到后代。这个过程就是前面提到的基因转移。成千上万的寄生植物为寄生植物和宿主之间的基因转移提供了许多可能性。例如，在寄生植物紫色独角兽中发现了禾本科宿主植物的基因。寄生植物菟丝子和白千层中检测到宿主基因。研究表明，寄生植物和宿主之间的基因转移更偏向于DNA而不是RNA。然而，独脚金中存在的外源基因通过核糖核酸反向整合到基因组中。

植物之间的基因转移发生在细胞的哪里？

植物基因主要存在于植物细胞的三个部位:进行光合作用的叶绿体，为细胞生命活动提供能量的线粒体，以及包含几乎所有遗传信息的细胞核。不同物种的基因可以在线粒体、叶绿体和细胞核中相互转移。大多数基因转移过程发生在线粒体和细胞核中，其中不同物种线粒体之间的基因转移更为活跃，而在叶绿体中几乎很少发生。

细胞器间基因转移的示意图，粗线表示发生的可能性高，细线表示发生的可能性低，虚线表示发生的可能性。资料来源:作者自制

以线粒体为例。细胞线粒体表面的孔蛋白可以通过同源重组或其他未知方法帮助DNA进入线粒体并整合到线粒体的基因序列中，因此基因转移的概率较高。由于孔蛋白对DNA序列没有选择性，线粒体中基因转移的多样性也更高。研究表明，寄生植物红掌科41%的线粒体基因组来自基因转移。线粒体DNA序列大小不同，只能编码大约30-70个基因。有许多序列不编码蛋白质。这些非编码区为外源序列的融合提供了更多的空间。在过去的30年中，在20多种被子植物的线粒体中发现了外源基因，其中樟树和黄樟科植物的线粒体中有两种含有大量的外源基因序列。

光合作用植物叶绿体的基因组已经被清楚地研究过，几乎没有基因转移。外源DNA片段仅在海藻叶绿体基因组中发现，没有直接证据证明基因在高等被子植物叶绿体基因组中转移。这可能是因为叶绿体不能像线粒体一样吸收外源DNA片段，基因组相对较小，基因之间的非编码区相对较短，因此外源DNA片段很难整合到叶绿体基因组中。除了上述线粒体、叶绿体和细胞核之间的基因转移外，不同细胞器之间和细胞器细胞核之间也存在基因转移。

除了细胞器之间的直接转移，自然界中植物基因的间接转移是什么？一般过程如下图所示。植物甲在它生命的最后会腐烂，但是它的脱氧核糖核酸仍然可以在土壤中存在很长一段时间，在此期间，它会被土壤中的细菌或真菌吸收，然后通过一系列的过程进入植物乙。这样，植物甲和植物乙之间的基因转移就间接地完成了。

植物基因转移过程，来源:自制

植物基因转移对植物生存和繁殖有什么意义？

基因组包含编码蛋白质活性状态的基因，以及由于某种抑制而失活的基因。当非活性基因转移到新植物时，它们可能会失去抑制作用，成为发挥作用的活性基因，使新植物获得有益或有害的调节基因。

当寄生植物获得宿主DNA时，它可能被转录成核糖核酸。寄生植物将这种核糖核酸重传到宿主体内，并通过降解相应的基因来抑制宿主体内基因的活性，从而使寄生植物能够更好地获得宿主的营养。此外，寄生植物也可能将转移的基因转移到其他宿主，以帮助其他宿主抵御外来敌人的入侵。这种将遗传物质从父母直接转移到后代的基因转移，为进化方向提供了更多的可能性。

研究发现的基因转移过程只是自然界的冰山一角。生物学中的许多现象可能与长期进化过程中物种间的基因转移有关。基因转移非常普遍，但许多具体机制仍未完全阐明。例如，外源DNA进入细胞核并整合入基因组的具体过程仍然未知。

物种间的基因转移现象告诉我们，在进化的过程中，物种间不仅有竞争与合作，也有相互学习。就像科幻电影《阿凡达》中的场景一样，整个生态系统中物质和能量*流动。这就是所谓的“万物有灵”。

参考:

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